导游服务型机器人系统设计与分析
|
摘要
课题以工程实际项目“江苏省科技馆导游服务型机器人系统”为背景，针对项目提出的性能指标，结合当前机器人技术的发展，开发出一种可靠的，具有寻线导游，人机交互，礼貌迎宾等功能的机器人系统，能够满足展馆、商店等场合导游服务的需要。
在分析功能要求的基础上，移动机器人总体设计方案以小型工控机为控制核心，采用轮式移动方式，步进电机驱动。
文中对移动机器人的研究重点包括：移动机器人系统总体设计；移动机器人平台机械结构设计；移动机器人运动控制系统的设计与实现；移动机器人基于路标导航的实现。通过对滚轮、机身、手臂等各分部件的设计研究得到一种可靠的机械系统设计方案；通过对运动控制卡和步进电机特性的研究提出运动控制方案；设计了一种基于光电传感器的寻线导航方案，并通过实验调试对寻线导航方案进行优化。这些方案的设计为以后此类服务型机器人的研制奠定了技术基础。
论文的最后，对机器人平台的设计工作进行了总结，指出已取得的成果和未完成的工作，并对未来的工作提出了设想。
This paper takes the actual project "Guide and service-robot system for JiangsuMuseum of Science and Technology" as background. According to actual demandsfor this robot project and the performance indicators the robot need to meet, andcombining with the current development of robot technology, the author developed amultifunctional robot system. It has a high reliability, and the line-track guidingfunction. Between human and robot can also build an interaction. This robot can greetguests politely. So it can meet the need of guide services in hall, shops or other place.
On the base of analysis about functions and demands, the main part of thecontrol system is a small industrial computer; it uses wheeled mobile means, andtakes stepper motor as the robot drive.
In this paper, the mobile robot research focused on three areas: Mobile robotplatform mechanical structure design; Mobile robot motion control system design andimplementation; Based on signs mobile robot navigation designand implementation.
Through the design to wheel, frame, arm and other parts of the robot, the authorget a viable mechanical systems design. Through the design to motion control card,the stepping motor and the study to characteristics of them, the author design a motioncontrol program. The paper designs a line-tracking navigation system based on thephotoelectric sensor, and this system is checked and optimized by doing experiment.These design programs lay a technological foundation for future research of thisservice-robot.
Finally, the paper makes a conclusion for the design of robot platform and pointsout the results already achieved and the works unfinished. The author also made anenvisage for the future work.
在分析功能要求的基础上，移动机器人总体设计方案以小型工控机为控制核心，采用轮式移动方式，步进电机驱动。
文中对移动机器人的研究重点包括：移动机器人系统总体设计；移动机器人平台机械结构设计；移动机器人运动控制系统的设计与实现；移动机器人基于路标导航的实现。通过对滚轮、机身、手臂等各分部件的设计研究得到一种可靠的机械系统设计方案；通过对运动控制卡和步进电机特性的研究提出运动控制方案；设计了一种基于光电传感器的寻线导航方案，并通过实验调试对寻线导航方案进行优化。这些方案的设计为以后此类服务型机器人的研制奠定了技术基础。
论文的最后，对机器人平台的设计工作进行了总结，指出已取得的成果和未完成的工作，并对未来的工作提出了设想。
This paper takes the actual project "Guide and service-robot system for JiangsuMuseum of Science and Technology" as background. According to actual demandsfor this robot project and the performance indicators the robot need to meet, andcombining with the current development of robot technology, the author developed amultifunctional robot system. It has a high reliability, and the line-track guidingfunction. Between human and robot can also build an interaction. This robot can greetguests politely. So it can meet the need of guide services in hall, shops or other place.
On the base of analysis about functions and demands, the main part of thecontrol system is a small industrial computer; it uses wheeled mobile means, andtakes stepper motor as the robot drive.
In this paper, the mobile robot research focused on three areas: Mobile robotplatform mechanical structure design; Mobile robot motion control system design andimplementation; Based on signs mobile robot navigation designand implementation.
Through the design to wheel, frame, arm and other parts of the robot, the authorget a viable mechanical systems design. Through the design to motion control card,the stepping motor and the study to characteristics of them, the author design a motioncontrol program. The paper designs a line-tracking navigation system based on thephotoelectric sensor, and this system is checked and optimized by doing experiment.These design programs lay a technological foundation for future research of thisservice-robot.
Finally, the paper makes a conclusion for the design of robot platform and pointsout the results already achieved and the works unfinished. The author also made anenvisage for the future work.
引文
1 金周英．关于我国智能机器人发展的几点思考．机器人技术与应用．2001(4)5-7
2 王耀南．机器人智能控制工程．北京：科学出版社，2004
3 罗志增，蒋静坪．机器人感觉与多信息融合．北京：机械工业出版社，2002
4 王田苗，刘进长．机器人技术主题发展战略的若干思考．中国制造业信息化，2003 32(1)：31-36
5 徐国华，谭明．移动机器人的发展现状及其趋势．机器人技术与应用．2001(3)：7-13
6 江志．机器人的历史．中国青年科技．2003(11)：36-37
7 章小兵，宋爱国．地面移动机器人研究现状及发展趋势．机器人技术与应用．2005(2)：19-23
8 张明路，丁承君，段萍．移动机器人的研究现状与趋势．河北工业大学学报．2004(2)：110-115
9 李磊，叶涛，谭民．移动机器人技术研究现状与未来．机器人．2002(5)：475-480
10 蔡鹤皋．机器人将是21世纪技术发展的热点．中国机械工程．200011(1)：58-60
11 王握文．世界机器人发展历程．国防科技．2001(1)：70-75
12 李春晓．美国地面军用遥控机器人研制状况．机器人技术与应用．1996(3)：5-8
13 王永寿．美国军用机器人的现状与开发动向．飞航导弹．2003(2)：11-15
14 曹玉芬，张国斌．美国无人地面车辆计划．国外坦克．2004(5)：25
15 刘立明．美国在研的无人地面车辆．国外坦克．2004(2)：15
16 TALON Robots for Search and Rescue. http://www.foster-miller.com
17 王炎，周大威．移动式服务行机器人的发展现状及我们的研究．电气传动．2000(4)：3-7
18 阮晓钢，仇忠臣，关佳亮．双足行走机器人发展现状及展望．机械工程师．2007(2)：17-19
19 郑嫦娥，钱桦．仿人机器人国内外研究动态．机床与液压．2006(3)：1-4
20 王鹏飞，孙立宁，黄博．地面移动机器人系统的研究现状与关键技术．机械设计．2006(7)：1-4
21 徐国保，尹怡欣，周美娟．智能移动机器人技术现状及展望．机器人技术与应用．2007(3)：29-34
22 蔡自兴．21世纪机器人技术的发展趋势．南京化工大学学报．2000(7)：73-78
23 李瑞峰，孙笛生，阎国荣．移动式作业型智能服务机器人的研制．机器人技术与应用．2003(1)：27-29
24 王晓明．电动机的单片机控制．北京：北京航空航天大学出版社，2002
25 周志明．基于运动控制卡的步进电机控制系统．煤矿机械．2004(3)，95-98
26 符鹤，周忠华，彭智朝．蓝牙技术的原理及其应用．电脑应用技术．2006(6)：7-9
27 魏晓艳，李军．红外通讯技术与蓝牙技术比较．电子元器件应用．2007(4)：68-70
28 罗志增，赵敬斌．机器人语音控制及其实现．杭州电子工业学院学报．2004(1)：31-34
29 王富中，黄文浩．基于语音识别技术的智能控制系统设计．中国科学技术大学学报．2006(4)：8-10
30 王握文．世界机器人发展历程．国防科技．2001．(1)：70-75
31 Pere Automatic Planning of Manipulator Movements. IEEE Trans on Sys Man and Cyb. 1981(11):681-698
32 Josepb L Jones. Mobile Robots. A K Peters. 1999
33 王会良．足球机器人控制系统的设计与实现．组合机床与自动化加工技术．2004(11)：63-64
34 江利进，龙腾宇．固高运动控制卡在五轴数控磨床的应用研究．工艺装备．12 2005(12)：46-48
35 周奉磊，马建伟．基于PCI总线的运动控制卡及其应用．运动控制与机械视觉专栏．2005(9)：43-45
36 姜容．一种基于运动控制卡的伺服电机控制系统．机电产品开发与创新．2006(3)：113-115
37 王会良，梁长乐．开放式运动控制卡2种方案浅析．煤矿机械．2005(10)：53-54
38 董玲娇，苏绍兴．光电传感器的发展及其应用．电子工业专用设备．2006(1)：59-62
39 袁勇，吴来杰，李吉春．一种小型自主移动式搬运机器人的设计与实现．机电工程．2006(8)：24-26
40 万永伦，丁杰雄．一种机器人寻线控制系统．电子科技大学学报．2003(1)：48-51
41 许欢，唐竟新．调制光寻线系统及其在自动行走机器人中的应用．清华大学 学报自然科学版．：115-117
42 梁靓，黄玉清．基于嵌入式PC的机器人光电寻线系统．西南科技大学学报．2004(4)：1-3
43 Wang Yah, Liu Shuliang Development and Application of Wall Climbing, Robot. Proceeding of the 1999 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Detroit. 1999:1207-1202
44 Xu Dianguo, Liu Shuxia. Design of Wall Climbing Robot for Cleaning with a Single Suction Cup. The 21th International Conference on Climbing and Walking Robots. Portsmouth, UK. 1999(7): 405-411
45 Kolm anovsky I, Mclamroch N H. Developments in nonholonom ic control problem. IEEE Control System Magzine. 1995, 15(6): 20-36
46 J. A. Lopez-Orozco, J. M. de la Cruz. An Open Sensing Architecture to Autonomous Mobile Robots. Proceedings of the 1998 IEEE ISIC/CIRA/ISAS Joint Conference,1998:610-615
47 蔡自兴．机器人学．北京：清华大学出版社，2000年
48 柳洪义，宋伟刚．机器人技术基础．北京：冶金工业出版社，2002
49 张崇巍，李汉强．运动控制系统．武汉：武汉理工大学出版社，2001
50 尔桂花，窦日轩．运动控制系统．北京：清华大学出版社，2002
51 邓良松，刘海岩，陆丽娜．软件工程．西安：西安电子科技大出版社，2000
52 王华坤，范元勋．机械设计基础．兵器工业出版社，2001
53 刘鸿文．材料力学．第3版．北京：高等教育出版社，1992
54 Brian Overland.Visual Basic 6.0易学易用．北京：人民邮电出版社，1999
55 王国荣．Visual Basic 6.O实战讲座．北京：人民邮电出版社，1999
2 王耀南．机器人智能控制工程．北京：科学出版社，2004
3 罗志增，蒋静坪．机器人感觉与多信息融合．北京：机械工业出版社，2002
4 王田苗，刘进长．机器人技术主题发展战略的若干思考．中国制造业信息化，2003 32(1)：31-36
5 徐国华，谭明．移动机器人的发展现状及其趋势．机器人技术与应用．2001(3)：7-13
6 江志．机器人的历史．中国青年科技．2003(11)：36-37
7 章小兵，宋爱国．地面移动机器人研究现状及发展趋势．机器人技术与应用．2005(2)：19-23
8 张明路，丁承君，段萍．移动机器人的研究现状与趋势．河北工业大学学报．2004(2)：110-115
9 李磊，叶涛，谭民．移动机器人技术研究现状与未来．机器人．2002(5)：475-480
10 蔡鹤皋．机器人将是21世纪技术发展的热点．中国机械工程．200011(1)：58-60
11 王握文．世界机器人发展历程．国防科技．2001(1)：70-75
12 李春晓．美国地面军用遥控机器人研制状况．机器人技术与应用．1996(3)：5-8
13 王永寿．美国军用机器人的现状与开发动向．飞航导弹．2003(2)：11-15
14 曹玉芬，张国斌．美国无人地面车辆计划．国外坦克．2004(5)：25
15 刘立明．美国在研的无人地面车辆．国外坦克．2004(2)：15
16 TALON Robots for Search and Rescue. http://www.foster-miller.com
17 王炎，周大威．移动式服务行机器人的发展现状及我们的研究．电气传动．2000(4)：3-7
18 阮晓钢，仇忠臣，关佳亮．双足行走机器人发展现状及展望．机械工程师．2007(2)：17-19
19 郑嫦娥，钱桦．仿人机器人国内外研究动态．机床与液压．2006(3)：1-4
20 王鹏飞，孙立宁，黄博．地面移动机器人系统的研究现状与关键技术．机械设计．2006(7)：1-4
21 徐国保，尹怡欣，周美娟．智能移动机器人技术现状及展望．机器人技术与应用．2007(3)：29-34
22 蔡自兴．21世纪机器人技术的发展趋势．南京化工大学学报．2000(7)：73-78
23 李瑞峰，孙笛生，阎国荣．移动式作业型智能服务机器人的研制．机器人技术与应用．2003(1)：27-29
24 王晓明．电动机的单片机控制．北京：北京航空航天大学出版社，2002
25 周志明．基于运动控制卡的步进电机控制系统．煤矿机械．2004(3)，95-98
26 符鹤，周忠华，彭智朝．蓝牙技术的原理及其应用．电脑应用技术．2006(6)：7-9
27 魏晓艳，李军．红外通讯技术与蓝牙技术比较．电子元器件应用．2007(4)：68-70
28 罗志增，赵敬斌．机器人语音控制及其实现．杭州电子工业学院学报．2004(1)：31-34
29 王富中，黄文浩．基于语音识别技术的智能控制系统设计．中国科学技术大学学报．2006(4)：8-10
30 王握文．世界机器人发展历程．国防科技．2001．(1)：70-75
31 Pere Automatic Planning of Manipulator Movements. IEEE Trans on Sys Man and Cyb. 1981(11):681-698
32 Josepb L Jones. Mobile Robots. A K Peters. 1999
33 王会良．足球机器人控制系统的设计与实现．组合机床与自动化加工技术．2004(11)：63-64
34 江利进，龙腾宇．固高运动控制卡在五轴数控磨床的应用研究．工艺装备．12 2005(12)：46-48
35 周奉磊，马建伟．基于PCI总线的运动控制卡及其应用．运动控制与机械视觉专栏．2005(9)：43-45
36 姜容．一种基于运动控制卡的伺服电机控制系统．机电产品开发与创新．2006(3)：113-115
37 王会良，梁长乐．开放式运动控制卡2种方案浅析．煤矿机械．2005(10)：53-54
38 董玲娇，苏绍兴．光电传感器的发展及其应用．电子工业专用设备．2006(1)：59-62
39 袁勇，吴来杰，李吉春．一种小型自主移动式搬运机器人的设计与实现．机电工程．2006(8)：24-26
40 万永伦，丁杰雄．一种机器人寻线控制系统．电子科技大学学报．2003(1)：48-51
41 许欢，唐竟新．调制光寻线系统及其在自动行走机器人中的应用．清华大学 学报自然科学版．：115-117
42 梁靓，黄玉清．基于嵌入式PC的机器人光电寻线系统．西南科技大学学报．2004(4)：1-3
43 Wang Yah, Liu Shuliang Development and Application of Wall Climbing, Robot. Proceeding of the 1999 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Detroit. 1999:1207-1202
44 Xu Dianguo, Liu Shuxia. Design of Wall Climbing Robot for Cleaning with a Single Suction Cup. The 21th International Conference on Climbing and Walking Robots. Portsmouth, UK. 1999(7): 405-411
45 Kolm anovsky I, Mclamroch N H. Developments in nonholonom ic control problem. IEEE Control System Magzine. 1995, 15(6): 20-36
46 J. A. Lopez-Orozco, J. M. de la Cruz. An Open Sensing Architecture to Autonomous Mobile Robots. Proceedings of the 1998 IEEE ISIC/CIRA/ISAS Joint Conference,1998:610-615
47 蔡自兴．机器人学．北京：清华大学出版社，2000年
48 柳洪义，宋伟刚．机器人技术基础．北京：冶金工业出版社，2002
49 张崇巍，李汉强．运动控制系统．武汉：武汉理工大学出版社，2001
50 尔桂花，窦日轩．运动控制系统．北京：清华大学出版社，2002
51 邓良松，刘海岩，陆丽娜．软件工程．西安：西安电子科技大出版社，2000
52 王华坤，范元勋．机械设计基础．兵器工业出版社，2001
53 刘鸿文．材料力学．第3版．北京：高等教育出版社，1992
54 Brian Overland.Visual Basic 6.0易学易用．北京：人民邮电出版社，1999
55 王国荣．Visual Basic 6.O实战讲座．北京：人民邮电出版社，1999